أسباب وطرق التحكم في الفقاعات الغازية في لحام الليزر

المقدمة

تقدم اللحام بالليزر مزايا مثل كثافة طاقة عالية، و(zone المتأثر بالحرارة صغيرة، وتكوين لحام جيد، وتشوه منخفض. ويُستخدم على نطاق واسع في تصنيع صفائح المعادن، والإلكترونيات الاستهلاكية، وإنتاج البطاريات، والأجهزة الطبية، وصناعة السيارات. ومع ذلك، في تطبيقات اللحام العملية، تحدث عيوب المسامية بشكل متكرر داخل أو على سطح اللحامات بسبب التأثيرات المترابطة للمواد والمعدات وعوامل العملية. وتؤثر هذه العيوب سلبًا على قوة اللحام وكثافته وجودة مظهره. ولذلك، من الضروري تحليل آليات تكوّن المسامية واقتراح إجراءات تحكم فعالة لتحسين استقرار اللحام وجودة المنتج.

ثانيًا. الأسباب الرئيسية للمسامية في اللحام

تنتج المسامية في اللحام عادةً عن احتجاز الغاز، أو ترسب الغاز المذاب، أو تبخر المادة. وتشمل الأسباب الرئيسية ما يلي:

1. تلوث سطح المواد

عندما تحتوي أسطح اللحام على زيوت أو رطوبة أو صدأ أو طلاءات، فإنها تتحلل عند درجات الحرارة العالية وتولد غازات تدخل إلى بركة الصهارة. على سبيل المثال:

التلوث بالزيوت → يولد غازات الهيدروكربون

الرطوبة → تولد H₂ وO₂

الطلاءات → تتحلل إلى غازات عضوية أو غير عضوية

إذا تم تصلب بركة الصهارة بسرعة، لا يمكن للغازات أن تهرب في الوقت المناسب وتُشكل فقاعات.

2. محتوى عالٍ من الغازات في المواد

بعض المواد تحتوي على مستويات أعلى من الهيدروجين أو الأكسجين أو النيتروجين أو الشوائب، والتي قد تترسب وتشكّل فقاعات أثناء الانصهار. على سبيل المثال:

سبائك الألومنيوم حساسة للهيدروجين

الفولاذ حساس للأكسجين

سبائك النحاس حساسة للنيتروجين

إذا كان وقت بركة الصهر غير كافٍ أو كان التبريد سريعًا جدًا، تظل الغازات عالقة وتُشكّل مسامًا.

3. إدخال طاقة الليزر غير الكافي أو غير المستقر

إذا كانت كثافة الطاقة غير كافية، تصبح بركة الصهر ضحلة وذات سيولة ضعيفة، مما يصعّب خروج الغازات. كما يمكن أن تتسبب تقلبات الطاقة في إغلاق غير متسق لبركة الصهر، ما يؤدي إلى احتجاز الفقاعات.

تشمل المظاهر الشائعة ما يلي:

تقلبات قوة الليزر

انحراف البؤرة مما يؤدي إلى انخفاض كثافة القدرة

سرعة اللحام المرتفعة جدًا مما يسبب اختراقًا غير كامل

4. تغطية غاز الحماية غير السليمة

يسمح نقص الحماية أو اتجاه الحماية الخاطئ بدخول الهواء إلى بركة الصهر وإحداث تفاعلات غازية. وقد يتسبب تدفق الغاز الزائد في حدوث هياج أو احتجاز للهواء.

تشمل المشكلات الشائعة:

تدفق الأرجون الزائد الذي يؤدي إلى تكوّن دوامات

عدم محاذاة الغاز مما يؤدي إلى حماية غير كاملة

تلوث الفوهة مما يسبب اضطرابًا في مجالات التدفق

5. عدم تطابق بين مادة الحشو والمعدن الأساسي

في لحام سلك الحشو، إذا كانت تركيبة سلك الحشو أو محتواه من الغازات أو نظافته رديئة، فقد يتم إدخال غازات إضافية أو شوائب.

ومن الأمثلة على ذلك:

سلك لحام رطب أو قابل لامتصاص الرطوبة

ظروف تخزين غير مناسبة

تنظيف السلك غير كافٍ

III. المخاطر الرئيسية للمسامية في اللحام

تؤثر عيوب المسامية على جودة المنتج بشكل رئيسي من خلال:

تقليل قوة اللحام وعمر التعب

ضعف الأداء في العزل والسد

جودة مظهر منخفضة

مدى موثوقية أقل في التطبيقات الحرجة

قد ترفض صناعات مثل أغلفة البطاريات، والأجهزة الطبية، والهياكل المانعة للغاز المنتجات تمامًا بسبب عيوب المسامية.

رابعًا: طرق التحكم في عيوب المسامية باللحام

لتحسين جودة اللحام بالليزر، يجب إجراء عمليات التحسين عبر المواد والمعدات والعمليات والبيئات.

1. تنفيذ المعالجة السطحية المناسبة

إن تنظيف سطح اللحام يقلل بشكل كبير من مخاطر المسامية. وتشمل الطرق الشائعة ما يلي:

التنظيف الميكانيكي (الطحن، التنظيف بالفرشاة)

التنظيف بالمواد المذيبة (الكحول، الأسيتون)

التنظيف بالليزر (مناسب للإنتاج بكميات كبيرة)

التجفيف وإزالة الرطوبة (خاصة بالنسبة لسبائك الألومنيوم)

تشمل المناطق الرئيسية منطقة اللحام والمناطق الداخلية للتلامس في الوصلات المتداخلة.

2. التحكم في جودة المواد وظروف التخزين

بناءً على خصائص امتصاص الغاز للمواد:

يجب الحفاظ على سبائك الألومنيوم جافة لمنع امتصاص الرطوبة

يجب حماية أجزاء النحاس من الأكسدة باستخدام غاز أو طلاء

ينبغي تجنب الصدأ الشديد والشوائب في الفولاذ

في لحام السلك المغذّي، يجب أن يبقى السلك جافًا ونظيفًا.

3. تحسين معايير طاقة الليزر

إن المطابقة المناسبة للعملية أمر بالغ الأهمية للسماح بخروج الغاز. وتشمل جهات التحسين ما يلي:

زيادة كثافة القدرة → تحسّن الاختراق والسيولة

تقليل سرعة اللحام → يزيد من وقت فتح بركة الصهارة

ضبط موقع البؤرة → يعزز استقرار بركة الصهارة

تثبيت إخراج الليزر → يتجنب تقلبات الطاقة

في لحام الاختراق العميق، قد يعزز الانحراف السلبي من عمق الاختراق وسلوك التدفق.

4. تحسين أنظمة غاز الحماية

يشمل تحسين غاز الحماية ما يلي:

اختيار الغازات المناسبة (مثل الأرجون للحام الألومنيوم)

التحكم في معدلات التدفق المناسبة (تجنب التلاطم)

تحسين زاوية الفوهة والمسافة بينها وبين القطعة

زيادة تغطية الحماية لمنع دخول الهواء

في لحام الألمنيوم، غالبًا ما تُستخدم حماية الغاز المزدوج أو الحماية المغلقة لتقليل المسامية.

5. تحسين تصميم الوصلة وتكوين اللحام

يؤثر تصميم الوصلة على سلوك خروج الغاز:

يفضل استخدام الوصلات الطرفية بدلًا من الوصلات التداخلية عند الإمكان

توفير مسارات تهوية للوصلات التداخلية إذا كان لا يمكن تجنبها

تجنب الهياكل المغلقة التي تحبس الغاز أثناء التبريد السريع

يقلل التصميم الهيكلي السليم من الإجهاد ويحسن كفاءة خروج الغاز.

الخاتمة

العيوب الناتجة عن المسامية في اللحام بالليزر هي عيب نموذجي ينتج عن التأثيرات المترابطة للمواد والعمليات والظروف البيئية. و mechanism تشكلها مرتبط ارتباطًا وثيقًا بعدة عوامل. ومن خلال تحسين درجة نظافة المواد، وتحسين معايير الليزر وغاز الحماية، واعتماد تصاميم وصلات مناسبة، يمكن تحسين جودة تشكيل اللحام وأدائه بشكل كبير. وفي بيئات الإنتاج، يمكن أن يؤدي دمج أنظمة المراقبة عبر الإنترنت وأنظمة التحكم في الجودة ذات الحلقة المغلقة إلى مزيد من استقرار جودة اللحام ودعم الاعتماد الصناعي الأوسع لتقنية اللحام بالليزر.